Технология без цементного высоко кремнеземистого строительного материала

Технология без цементного высоко кремнеземистого строительного материала «Кварцитана» для производства изделий строительного, теплоизоляционного и архитектурно-декоративного назначения.

Монокремнеземистые конструкционные материалы являются композитами, сочетающими в себе кварцевый заполнитель с различной гранулометрией и вяжущее, состоящее также, в основном, из SiO2 и некоторого количества щелочных соединений, выполняющих роль минерализаторов.

На базе такой вяжущей системы в зависимости от технологических параметров обработки (прежде всего, условий твердения) можно получать материалы с широким спектром технологических свойств. Они могут использоваться в качестве строительных материалов общего и специального назначения, теплоизоляционных, огнезащитных и химически стойких материалов, а также декоративных материалов, имитирующих природные камни (граниты, мраморы, песчаники, малахиты и пр.).

Твердеют такие вяжущие системы при обычных условиях, основой формовочной массы является кварцевый песок, а роль вяжущего выполняют силикаты, получаемые сплавлением активного щелочесодержащего компонента с тем же песком.

В затвердевшем камне доля SiO2 составляет 90-92%, роль связки выполняют наночастицы аморфного кремнезема, которые с течением времени структурируются по механизмам и законам, характерным для наносистем.

По своему фазовому составу и свойствам материал («кварцитан») близок к природным кварцитам. При применении пигментов и соответствующих технологий приготовления формовочных масс в лабораторных условиях удалось добиться создания искусственных камней очень хорошо имитирующих натуральные поделочные камни- мраморы, малахиты, змеевики, бирюза и пр.

силу гелевидной структуры связующего отливки из таких масс с высокой точностью воспроизводят форму, что немаловажно для архитектурно-декоративных и отделочных материалов, поскольку это дает возможность добиться самой разной текстуры поверхности.

Отсутствие в «кварцитане» цемента и полимеров обеспечивает его высокие экологические характеристики. Это позволит широко использовать его в жилых и общественных помещениях, а также в других ситуациях, когда применение гранита, мрамора и цементно-бетонных материалов ограничивается санитарными нормами. В отличие от материалов, получаемых на основе гипса, «кварцитан» абсолютно водостоек.

прогнозировать, что такой материал может стать более дешевой альтернативой архитектурно-декоративным изделиям из натуральных камней. Т.к. производство таких материалов не требует больших капитальных затрат, технология может быть ориентирована на малый и средний бизнес.

На основе этой же смеси также были получены экспериментальные образцы теплоизоляционного материала, обладающего одновременно теплостойкостью (до 1000Со), удельной плотностью до 200-400 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности в диапазоне 0,08-0,11 Вт•м/К.

Дальнейшие работы в этом направлении позволят получить огнестойкий материал, весьма необходимый для обеспечения противопожарной защиты металлических несущих конструкций в гражданском и промышленном строительстве.

Степень освоения – опытно-промышленное производство.

Одним из путей создания эффективных и экологически безопасных теплоизоляционных материалов является использование для их изготовления низкоосновных гидросиликатов и силикатов кальция с высокополимеризированными кремнекислородными анионами типа тоберморита, ксонотлита, фошагита, гилленбрандита, волластонита имеющих волокнистую форму кристаллов, повышенную прочность на растяжение и высокую термическую устойчивость.

Волокнистые кристаллы низкоосновных силикатов кальция являются аналогами природных амфиболовых асбестов. Преимущество их заключается в безопасности при производстве и применении, поэтому они могут заменять асбест в различных материалах, в частности и в теплоизоляции.

Решая задачу замены теплоизоляционного материала – асботермосиликата — на основе канцерогенного асбеста, используемого в алюминиевой промышленности, была предложена схема получения теплоизоляционного материала, в основе которой лежит использование в качестве заполнителя природного волокнистого волластонита, а в качестве связующего – синтезируемый при последовательной автоклавной обработке и обжиге искусственный мелкодисперсный волластонит.

Выбор этого минерала основан на том, что он, во-первых, также как и хризотил-асбест не смачивается расплавом алюминия, а во-вторых, он также имеет волокнистую структуру, хотя и гораздо меньшим отношением длины волокна к его диаметру.

В качестве связующего в асботермосиликате выступает диатомит и известь, вводимая в виде известкового молока. Отформованные с помощью фитльтр-прессования изделия подвергаются автоклавной обработке и затем обжигаются при температуре 600 0С.

При этом аботермосиликат в качестве связки содержит частично дегидратированные гидросиликаты кальция, так как их полного превращения в волластонит не происходит в силу того, что этот фазовый переход протекает при температуре 800-8500С. С другой стороны, эксплуатируется этот теплоизоляционный материал при температурах >6000С, поэтому в нем могут во время службы развиваться деструктивные процессы, связанные с дальнейшей дегидратацией гидросиликатов кальция. В результате этого снижается срок службы асботермосиликатных изделий.

В данной работе предлагается помимо замены асбеста на волластонит частично изменить также технологию получения теплоизоляционных плит, чтобы обеспечить полный переход синтезированной в ходе гидротермальной обработки гидросиликатной связки в волластонит.

Это обеспечивает, с одной стороны, отсутствие фазовых превращений в ходе эксплуатации, а значит и повышает срок службы плит, а с другой – приблизит состав материала к мономинеральному: крупные волокна природного волластонита будут сцементированы синтетическим мелкодисперсным волластонитом.

Предлагаемая технология предусматривает следующие этапы: совместное измельчение негашеной извести и диатомита, смешение известково-кремнеземистого вяжущего с волластонитовым наполнителем, гашение сырьевой смеси, формование изделий, автоклавная обработка изделий, сушка и обжиг изделий.

Свойства материала

Состав массы: 60% волластонитового наполнителя ВК-2, C/S=0,9, В/Т=0,3-0,8 %, добавки

Фазовый состав, по данным РФА и оптического анализа: волластонитовый наполнитель и искусственно полученное волластонитовое связующее

Предел прочности на сжатие, МПа: 10 – 14

Предел прочности на изгиб, МПа: 10 – 15

КТЛР ,1/°С 200-700°C: (6,5 — 10,5)•10-6

КТЛР ,1/°С выше 700°С: (1,1 – 1,5)•10-6

Кажущаяся плотность, г/см3: 0,75-1,0

Общая пористость,%: 65,7 — 67,9%

Открытая пористость, %: 58 — 63 %

Область рабочих температур: До 850 °С

Потери при прокаливании: 0,2%

Количество теплосмен: Не менее 50

Теплопроводность, Вт/м•К: 0,15-0,21

http://ots.distant.ru/tikhomirova.htm

Тихомирова Ирина Николаевна

Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И.Менделеева

Институт высокотемпературных материалов и технологий

Кафедра общей технологии силикатов

Оставить комментарий